Messsystem zur schnellen Rauheitsmessung spiegelnder Oberflächen

KMU-innovativ | 16.04.2018

Zur Bestimmung der Rauheit von spiegelnden Oberflächen erforschte das BMBF-Verbundprojekt OptOCHar laserbasierte Messverfahren im Nanometerbereich. Anwendung findet das Verfahren z. B. in der Metallbearbeitung und der Halbleiterindustrie.

Demonstrator des Messsystems
Demonstrator des Messsystems im Einsatz in der Walzenaufbereitung (System geöffnet). Bild: Tata Steel Plating Hille & Müller GmbH, Düsseldorf.

Die Überwachung der Rauheit technischer Oberflächen direkt im Fertigungsprozess stellt hohe Anforderungen an Verfahren und Datenverarbeitung, insbesondere bei spiegelnden Oberflächen. Aufgrund der hohen Auswirkung auf die Qualität des Gesamtergebnisses ist der Bedarf an Lösungen für eine großflächige Rauheitsmessung sehr hoch. Rauheit wird häufig taktil gemessen, was mit Nachteilen wie Zeitaufwand und Beschädigung der Oberfläche einhergeht. Auch alternative optische Messverfahren stellen hohe Anforderungen an einen geschützten, ruhigen Messort für hohe Genauigkeit.

Die Partner des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Verbundprojekts OptOCHar konzipierten ein neuartiges Verfahren für die schnelle, flächenhafte optische Rauheitsmessung mit Sub-Nanometerauflösung für den direkten Einsatz im Produktionsprozess, das alle genannten Nachteile vermeidet. Im Februar 2018 wurde ein für den industriellen Einsatz nutzbarer Demonstrator präsentiert, der die hoch gesteckten Ziele des Projekts mehr als erfüllt.

Erfolgreiche Demonstration des Messsystems für Oberflächencharakterisierung im Fertigungsprozess mit hoher Genauigkeit

Das im Projekt OptOCHar erforschte Laserstreulicht-Messverfahren der Universität Bremen ist prädestiniert für die flächenhafte Charakterisierung von metallischen, spiegelnden Oberflächen. Die Auswertung analysiert Interferenzbilder von Laserreflexionen, die auch in unruhiger Umgebung, etwa im Fertigungsprozess, aufgenommen werden können. Das Verfahren nutzt dabei besondere Eigenschaften des Laserlichts aus, um Rauheiten im Nanometerbereich zu erkennen. Ziel ist eine möglichst vollständige Charakterisierung von großen, schnell bewegten Oberflächen.

Zum Ende des Forschungsprojekts wurde auf einem gemeinsamen Projektmeeting der Demonstrator des Messsystems beim assoziierten Partner Tata Steel Plating Hille & Müller GmbH vorgeführt. Die Vorführung des Systems bei der Walzenaufbereitung und an schnell bewegten Metalloberflächen unterstrich die Eignung für eine direkte Integration in den Fertigungsprozess sowie die hohe Messgenauigkeit und Wiederholbarkeit. Mit über 40.000 mm²/s gemessener Oberfläche und Auflösungen von unter 1 nm im Ra-Wert-Äquivalent erreicht der Demonstrator weit mehr als die zu Beginn des Projektes gesteckten Ziele.

Durch die Robustheit und Schnelligkeit bei gleichzeitig extrem hoher Auflösung bietet sich das Verfahren für viele Bereiche an. Im Projekt werden u.a. die Halbleiterindustrie, die Solarindustrie, die Medizintechnik, die Stahlproduktion und die metallverarbeitende Industrie adressiert. Nach Projektende werden die Verbundpartner den Sensor zur Serienreife und in unterschiedlichen Konfigurationen auf den Markt bringen.

Die Projektpartner

Das Projekt mit einem Umfang von rund 1,4 Millionen Euro wurde durch die BMBF-Initiative „KMU-innovativ: Photonik/Optische Technologien“ gefördert. Von März 2015 bis Februar 2018 forschten die Verbundpartner CoSynth GmbH & Co. KG aus Oldenburg, FRT GmbH aus Bergisch Gladbach, Institut für Messtechnik, Automatisierung und Qualitätswissenschaft der Universität Bremen und als assoziierter Anwendungspartner Tata Steel Plating Hille & Müller GmbH aus Düsseldorf gemeinsam an dem neuartigen Verfahren.

Weitere Informationen

Mehr über das Projekt OptOCHar erfahren.

Projektkoordinator
Christian Stehno
CoSynth GmbH & Co. KG
Marie-Curie-Straße 1
26129 Oldenburg
Telefon : +49 441 36116-756
E-Mail: stehno@cosynth.com

Bandstahl zur Verarbeitung
Der Bandstahl wird mit bis zu 400m/min dressiert und die Oberflächenrauheit muss bis auf wenige Nanometer innerhalb der Toleranz bleiben. Bild: Tata Steel Plating Hille & Müller GmbH, Düsseldorf.